高速铁路牵引供电与电场计算模型

时间：2026-01-27 理论教育南栀版权反馈

【摘要】：综合以上优点，我国高速铁路多采用AT 供电方式作为首选供电方式。高铁牵引电压的频率为 50 Hz，本实例的场域范围不超过 30 m，计算得1×10-7 2×10-2。本设计以CRH380A 高铁的列车车体为模型进行建模，其中车厢宽度为3.38 m，高度3.7 m。图4-74某高铁接触网线索分布图4-75高铁站台实图本实例主要研究高铁站台电场分布对人体的影响，人体模型的建立对仿真结果至关重要，引入了高精度的人体模型。图4-78侧式站台模型表4-6侧式站台模型参数

1.牵引供电系统

牵引变电所和接触网共同构成了牵引供电系统，高铁中牵引变电所将来自发电厂的220 kV 的电降为27.5 kV 的单相交流电，由受电弓引入机车上的牵引变压器将27.5 kV 的电压降为1 770 V，最后通过变流器等设备变为三相电供牵引电机使用，牵引供电系统如图4-67所示。

图4-67　牵引供电系统

世界上目前存在五种较为成熟的牵引供电方式，根据其结构不同可分为：直接供电方式（TR）、BT（吸流变压器）供电方式、负馈线的供电方式、AT（自耦变压器）供电方式和CC 方式。AT 供电方式时，牵引网的电压可以在不增加绝缘水平情况下，成倍提高牵引网电压，且能降低电流，减少电压和电能损耗；传送的功率大，能够提高牵引变电所之间距离；能够适用大功率的电机，提高列车运行速度和安全性。综合以上优点，我国高速铁路多采用AT 供电方式作为首选供电方式。图4-68 为AT 供电示意图。

图4-68　AT 供电方式

高铁站台是车站中用于承接旅客上下列车的建筑，按照其结构和功能划分为岛式、侧式和混合式站台。本实例用岛式和侧式站台作为模型进行高铁电场的相关分析。

岛式站台也称中置式站台，其轨道位于两侧，站台位于轨道的中间，两侧的站台都可以上下乘客。如图4-69所示。岛式站台优点是站台的空间利用率高；管理方便；两侧轨道上的列车可以相互调节以分散人流。缺点是需要中间的站厅；建设成本很高；很难扩大。因此岛式站台通常应用在人员流动大的车站。图4-70 为岛式站台的侧面图。

图4-69　岛式站台示意图

图4-70　岛式站台截面图

侧式站台又称岸式站台、相对式站台，其结构为仅单侧有轨道，站台在轨道两侧分布，乘客通常只能在一侧上下列车。如图4-71所示。侧式站台优势是建设费用低；站台扩建方便；上下行乘客互不干扰。缺点是站台使用率低且管理分散；台面窄无法调整客流。图4-72 为侧式站台的侧面图。

图4-71　侧式站台示意图

图4-72　侧式站台截面图

2.接触网电场计算模型

接触网的电场主要是线路内的电荷产生，在建立线路模型前对接触网做满足工程精度要求的简化，可以更加便于模型分析和数值计算。可以做以下简化：

（1）把接触网线路产生的交变电场看作准静态场处理。当场域的长L 与电磁波的速度c 满足公式L/c ≪T 时即电磁波场域所需要的时间远小于周期，可以认为该交变电场为准静态场，其中T 为电场周期。场和源为时间和空间的函数，当某一时刻的源确定时，与此同时其在场域内的电场也即刻确定，与前一刻的源无关，传播过程中的推迟作用可以忽略。高铁牵引电压的频率为 50 Hz，本实例的场域范围不超过 30 m，计算得1×10-7 ≪2×10-2。由此，接触网产生的电场满足准静态场的条件。

（2）把接触网线索看作和大地平行且忽略下垂和端部效应。处理线索时，将导线的对地距离看作下垂的最低点到大地的距离，最低点的截面为计算平面，忽略电压的损耗，并且认为导线为无限长直导线。如图4-73所示。